El futuro eléctrico: seguimiento de la infraestructura de carga de vehículos eléctricos desde ahora hasta 2030

Cada día, millones de estadounidenses realizan recorridos cortos de ida y vuelta que casi cualquier vehículo eléctrico puede manejar fácilmente. Conecte su coche por la noche y estará listo para salir a la mañana siguiente. Pero, ¿y si olvida enchufarlo? ¿O si necesita hacer un viaje de 600 millas? ¿Significa esto que tendrá que renunciar al viaje, alquilar otro vehículo o quizás arriesgarse a quedarse varado al lado de la carretera?

Para evitar tales situaciones y fomentar la adopción de vehículos eléctricos, se requiere una infraestructura de carga robusta, incluyendo estaciones de carga rápida DC de alta corriente que pueden tomar minutos en lugar de horas para "llenar" la batería de un vehículo eléctrico. Estas estaciones deben estar adecuadamente espaciadas y posicionadas, para que los conductores tengan la libertad de detenerse cuando les sea conveniente, en lugar de planificar sus viajes alrededor de la infraestructura de carga disponible.

Estimaciones para el futuro de la infraestructura de carga de vehículos eléctricos

Según el informe del segundo trimestre de 2023 del Laboratorio Nacional de Energía Renovable (NREL), había 3.8 millones de vehículos eléctricos en las carreteras de EE. UU. en junio de 2023. Hay 14,244 puertos públicos de carga rápida DC (definidos como aquellos con capacidad de entrega de energía de 150kW o más) y 114,470 puertos públicos de carga para vehículos eléctricos AC L2 disponibles. Esto equivale a 0.4 cargadores rápidos DC y 3.0 cargadores de nivel 2 por cada 100 vehículos eléctricos.

Este mismo informe estima que habrá 33 millones de vehículos eléctricos en circulación en EE. UU. para 2030, y que se requerirán 0.6 puertos públicos de carga rápida DC y 3.2 puertos públicos de Nivel 2 por cada 100 vehículos eléctricos. En términos de cifras brutas, el informe indica la necesidad de 182,000 puertos DC y 1,067,000 puertos L2 en total, un aumento total de más de un millón.

Despliegue de infraestructura de estaciones de carga de vehículos eléctricos

La infraestructura pública de carga de vehículos eléctricos se puede dividir en dos tipos básicos: a largo plazo (a menudo durante la noche) y a corto plazo, utilizada para recargar baterías antes de continuar inmediatamente un viaje.

La infraestructura de carga de CA más lenta es bastante simple, ya que requiere poco más que un enchufe robusto y una instalación adecuada y es útil para escenarios como estancias nocturnas en hoteles o en el garaje de estacionamiento de un lugar de trabajo. Las empresas privadas tienen un incentivo natural para desarrollar esta infraestructura. La carga en el lugar es un gran incentivo para pasar tiempo en un establecimiento. Sin embargo, la carga de CA limita en gran medida cuánto puede viajar una persona en un día al rango de una batería de vehículo eléctrico, típicamente menos de 300 millas.

La infraestructura de carga rápida de CC, que puede cargar completamente un vehículo en cuestión de minutos, es más complicada que su contraparte de AC. Suministrar energía en este escenario requiere que la energía de la red AC se convierta en una salida de CC de alta potencia antes de enviarla al vehículo.

La gestión y conversión robustas de energía se pueden facilitar mediante tecnologías como transistores de carburo de silicio. También se necesitan sensores de corriente para contabilizar cuánta energía se transfiere a un vehículo durante la carga, y se necesitarán recursos informáticos locales y basados en la nube para mantener la red y la red de carga funcionando a su máxima capacidad.

Necesidades básicas de potencia e infraestructura de EVSE

La instalación de un equipo adecuado de suministro de vehículos eléctricos (EVSE, es decir, estaciones de carga) es una tarea enorme. Lo que quizás es aún más importante es la infraestructura de red subyacente que suministra energía a estas estaciones, junto con la multitud de dispositivos eléctricos que hoy en día damos por sentado en gran medida.

Considere que si todos los 182,000 puertos EVSE DC propuestos están cargando juntos a 350kW (el valor alto citado para los cargadores DC, un número que probablemente aumentará en el futuro), esto crearía una carga eléctrica de 63.7 gigavatios (GW). Añadiendo 1,067,000 cargadores L2 de hasta 19kW cada uno, tenemos un extra de 20.3 GW. Juntos, esto da un total de 84 GW de demanda de potencia teórica.

Aunque es casi imposible que cada cargador esté suministrando energía a la vez, incluso una fracción de 84 GW representa un porcentaje significativo de la capacidad total de producción de energía del país, que ronda los 1200 GW hoy en día. Se deberán realizar mejoras en la infraestructura existente para manejar estas mayores cargas. Al mismo tiempo, los vehículos eléctricos conectados también pueden utilizarse en un rol de respaldo de batería bidireccional, por lo que, con una planificación cuidadosa, la adopción rápida de vehículos eléctricos podría proporcionar algunos beneficios a la infraestructura también.

Por supuesto, más allá de la energía y la electrónica para gestionarla, los conductores también necesitarán el enchufe correcto y el protocolo de carga para la interfaz entre su vehículo y el EVSE. En este aspecto hay un excelente desarrollo.

La buena noticia: compatibilidad con Tesla NACS

Los números de NREL mencionados anteriormente incluyen equipos de Tesla, que proporcionan el 61.6% de los puertos de carga rápida DC públicos y el 8.7% de los puertos L2 públicos. Hasta el momento de escribir esto, estos cargadores no están fácilmente disponibles para otros fabricantes de vehículos eléctricos.

Sin embargo, en mayo de 2023, Ford anunció que sus vehículos eléctricos vendrían con un puerto NACS (North American Charging Standard) al estilo de Tesla incorporado a partir de 2025. Esto significa que los vehículos eléctricos de Ford podrán utilizar la red de Supercargadores de Tesla sin necesidad de un adaptador. Este movimiento (quizás obvio) desató una avalancha virtual de otros fabricantes anunciando su futura compatibilidad con NACS. Esto incluye marcas automotrices bien conocidas como GM y Volvo, junto con fabricantes de vehículos eléctricos más nuevos como Rivian y Fisker. Otros como Volkswagen y Honda aún están evaluando sus opciones a finales de 2023.

Por otro lado, las redes de carga de vehículos eléctricos no-Tesla como Blink y Electrify America están adoptando el estándar de enchufe NACS. Tesla abrió sus protocolos de carga en noviembre de 2022, y este estándar ahora está bajo la jurisdicción de SAE International. Dada la gran tendencia hacia la adopción de NACS tanto en los vehículos como en EVSE, la estandarización parece inminente.

El futuro de la carga de vehículos eléctricos

La tendencia a finales de 2023 es hacia una mayor implementación de vehículos eléctricos y la estandarización de la infraestructura de carga. Independientemente de cómo finalmente tome forma la electrificación de todo, se necesitará una infraestructura eléctrica mucho más robusta en el futuro, apoyada por componentes internos eficientes, capaces y duraderos para manejar la transmisión de energía y su uso.